| 5G가 와이파이 6를 대체할 수 있을까요?2021년 6월 9일 저녁, 장장 하이테크와 신모 리서치가 공동 주최한 제6회 "칩, 모두가 말하는 IC" 산업 박람회가 장장 과학도시에서 개최되었습니다. 이번 박람회에서는 브로드컴 인티그레이티드의 장펑페이 회장 겸 CEO가 "사물인터넷의 재구축: 와이파이 6에 대하여"라는 주제로 멋진 강연을 했습니다. 화웨이, 화홍 그레이스, 유니속, 핑터우게, 인텔 등 유수 기업의 중견 및 고위 임원들이 참석하여 자리를 빛냈습니다.현장 소통 세션 동안 장펑페이는 업계 주요 이슈, 업계 기회, 기업 전략 및 기타 문제에 대해 청중과 열띤 토론을 벌였습니다. 브로드컴 인티그레이티드의 회장 겸 CEO인 장펑페이장펑페이 회장은 브로드컴 인티그레이티드의 회장 겸 CEO로, 반도체 업계에서 20년 이상의 경력을 보유하고 있습니다. 칭화대학교 전자공학과에서 학사, 석사, 박사 학위를 취득한 그는 1994년 미국으로 건너가 캘리포니아대학교 로스앤젤레스(UCLA)에서 박사후 연구를 수행했습니다. 미국에서는 파트너들과 함께 집적회로 설계 회사인 레소넥스트 커뮤니케이션즈(Resonext Communications)를 공동 설립했으며, 이 회사는 이후 미국 상장기업인 RF 마이크로 디바이스(RF Micro Devices)에 성공적으로 인수되었습니다. 2005년 중국으로 귀국한 장펑페이 회장은 상하이 장장 하이테크 파크에 브로드컴 인티그레이티드를 설립하여 무선 통신 집적회로 칩의 연구 개발 및 판매에 주력하고 있습니다. 브로드컴 인티그레이티드는 국내외 유수의 기업을 포함한 고객들에게 저전력 고성능 무선 주파수 및 마이크로프로세서 SOC 칩을 공급하고 있으며, 지능형 교통 및 사물인터넷(IoT)을 위한 완벽한 솔루션을 제공하고 있습니다. 2019년 4월, 브로드컴 인티그레이티드는 A주 메인보드에 상장되었습니다.다음은 신모 리서치가 정리한 장펑페이 선생의 훌륭한 연설 내용입니다.장펑페이:
와이파이는 이제 누구나 알고 있으며, 누구나 하나 이상의 와이파이 연결 기기를 가지고 있습니다. 지난 2년간 와이파이 6 기술이 출시되면서 많은 단말기가 와이파이 6으로 업그레이드되었고, 와이파이 6은 언론과 뉴스에서도 큰 주목을 받았습니다. 오늘은 와이파이 6의 새로운 기술적 업그레이드, 새로운 활용 시나리오, 그리고 투자 기회에 대해 이야기해 보겠습니다.I will expand on the following points:1. Wi-Fi 기술의 기원; 2. Wi-Fi 5의 5가지 주요 응용 병목 현상; 3. Wi-Fi 6의 9가지 주요 기술적 업그레이드; 4. Wi-Fi 6와 5G 비교; 5. Wi-Fi 6 칩 설계 과제; 6. Wi-Fi 산업의 성장; 7. Wi-Fi 시장 규모 전망; 8. 브로드컴의 통합 Wi-Fi 제품.
전자정보 산업은 50년 이상 발전해 오면서 세상을 바꾼 수많은 제품들을 만들어냈습니다. 컴퓨터와 휴대전화는 그중에서도 가장 대표적인 제품입니다. 이러한 제품들을 뒷받침하는 핵심 기술은 바로 전송과 연결 기술입니다.우리는 매일 하나 이상의 무선 전송 프로토콜을 사용하며, 모든 휴대폰에는 최소한 세 가지 프로토콜(셀룰러 네트워크, Wi-Fi, 블루투스)이 탑재되어 있습니다. 무선 전송 기술을 평가하는 데에는 거리, 대역폭, 배터리 수명이라는 세 가지 중요한 기준이 있습니다. 기술적인 관점에서 이 세 가지 기준 모두에서 완벽을 달성하는 것은 불가능하며, 설령 가능하다 하더라도 비용이 매우 많이 들 것입니다. 이것이 바로 휴대폰에 세 가지 무선 전송 프로토콜이 존재하는 이유입니다. 셀룰러 네트워크는 거리 최적화를, Wi-Fi는 대역폭 최적화를, 블루투스는 저전력 소비를 선택합니다.1999년부터 WLAN은 Wi-Fi 무선 통신 프로토콜 표준을 사용해 왔습니다. 오랜 개발 기간을 거쳐 Wi-Fi 6 이전까지 5세대에 걸쳐 기술 발전을 거듭했는데, 그 주요 목표는 단위 시간당 전송 데이터 양을 늘리는 것이었습니다. 예를 들어, 3세대 Wi-Fi 802.11a와 802.11g 프로토콜은 이메일 전송을 가능하게 했고, 4세대 Wi-Fi 프로토콜은 기기들이 자유롭게 인터넷을 이용할 수 있도록 했으며, 5세대 Wi-Fi 프로토콜 802.11ac는 기기들이 동영상을 끊김 없이 재생할 수 있도록 했습니다. 기술이 발전함에 따라 Wi-Fi 사용자가 점점 늘어나고 있으며, Wi-Fi는 산업 및 비즈니스 분야에서 성공을 거두고 있습니다. 하지만 동시에 사용자 병목 현상도 나타나고 있습니다.
Five major application bottlenecks of Wi-Fi 5
먼저 일반적인 Wi-Fi 사용 시나리오를 살펴보겠습니다. 사무실 환경에는 AP(액세스 포인트)가 있는데, 이는 라우터, 핫스팟 또는 게이트웨이일 수 있습니다. 사무실의 많은 장치들이 AP를 통해 외부 인터넷에 연결됩니다. AP와 AP에 연결된 모든 장치들을 하나의 BSS(기지국 서비스 스테이션)라고 합니다. AP에 연결된 장치들을 STA(시스템 액세스 스테이션)라고 합니다. BSS 내에는 AP가 하나 있습니다. 특정 시점에 AP에 접속하는 모든 STA는 인터넷에 연결하기 위해 무선 전송 매체를 사용하려고 경쟁해야 합니다. 인접한 두 개의 BSS를 OBSS(오프라인 서비스 스테이션)라고 합니다.After understanding this, we can figure out what technical bottlenecks exist in Wi-Fi technology before the arrival of Wi-Fi 6.(1) 여러 기기의 공존으로 인해 심각한 혼잡이 발생함Wi-Fi의 보급이 확대됨에 따라, BSS(기지국 서비스) 내의 AP(액세스 포인트)에 연결되는 STA(스위칭 에이전트) 수가 점점 늘어나고 있으며, 각 STA가 AP에 접속할 확률은 낮아지고 있습니다. 실제로 BSS 내에서 채널 활용률이 75%에 도달하면 포화 상태에 이르게 되는데, 여기에 STA가 하나 더 추가되면 심각한 지연이 발생합니다. 또한, OBSS(오프라인 서비스) 간의 간섭 문제도 여전히 존재합니다.(2) 짧은 프레임 데이터의 비중이 너무 높다AP가 STA 데이터를 전송할 때, 데이터를 패키징하여 전송해야 합니다. 이 과정에서 효율적이고 안전한 데이터 연결을 위해 관리 및 제어 오버헤드가 발생합니다. 유효한 데이터가 많을수록 전송 매체 활용률은 높아집니다. 일반적으로 Wi-Fi를 통해 전송하는 데이터는 짧은 메시지이며, 유효 데이터 양은 많지 않습니다. 4K 또는 8K 해상도의 정보를 전송할 때만 대량의 유효 데이터가 발생하는데, 이 경우 패킷 조립 과정에서 무선 매체 활용률은 매우 낮아집니다.우리는 2.4GHz 주파수 대역을 가장 많이 사용합니다. 가장 작은 대역폭인 20MHz를 사용하더라도 사용 가능한 채널은 단 세 개뿐입니다. 40MHz 대역폭을 사용하면 2.4GHz 대역에서는 채널 하나만 선택할 수 있습니다. 주파수 자원 측면에서 2.4GHz 대역은 사용하기 매우 어렵습니다. 예를 들어, 802.11ap 프로토콜이 160MHz 대역폭을 사용하는 경우, 5GHz 대역에서도 두 개의 채널만 사용할 수 있습니다. 많은 경우 혼잡은 채널 부족으로 인해 발생합니다.사물인터넷(IoT) 사용자가 점점 늘어나고 있는 가운데, IoT 애플리케이션의 핵심 요구 사항 중 하나는 전력 소비를 줄이는 것입니다. 와이파이 업계에서는 저전력에 대한 관심이 아직 부족한 실정입니다. 오늘날 전자 기기들은 배터리를 1년에 한 번 정도 교체하면 충분하며, 이는 이미 잘 구현되어 있습니다. 하지만 사물인터넷 시대가 도래하면, 가정에 IoT 기기가 100대 있다고 가정할 때, 매주 두 개의 배터리를 교체해야 할 것이며, 이는 사용자에게 상당한 부담을 줄 것입니다. 따라서 배터리 수명 연장은 매우 중요한 과제입니다.와이파이는 실내용 전송 프로토콜인데, 왜 실외에서 사용할까요? 사물인터넷(IoT) 시대가 도래하면서 실외 환경에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 예를 들어 보안 모니터링이나 레저 및 엔터테인먼트 시설에서는 더욱 안정적인 실외 전송 프로토콜이 필요합니다.이러한 모든 어려움과 문제점들은 Wi-Fi 6가 등장하기 전 산업의 급속한 발전으로 인해 Wi-Fi 애플리케이션 시나리오에서 발생하는 효율성 문제들입니다. 또한 이는 IEEE가 무선 표준 제정의 관점에서 Wi-Fi 6를 출시하게 된 산업 기술적 배경이기도 합니다.
Wi-Fi 6 nine major technical upgrades
Wi-Fi 6는 어떤 기능을 추가했을까요? 요약하자면, Wi-Fi 6는 9가지 주요 기술적 개선 사항을 포함하고 있습니다.Wi-Fi 6는 고급 1024QAM 변조 기술을 사용하여 Wi-Fi 5에 비해 최대 데이터 전송 속도를 25% 향상시킵니다.Wi-Fi 5는 256QAM 변조 기술을 사용하며, 단일 심볼 데이터 밀도는 8입니다. Wi-Fi 6는 1024QAM 벡터 변조를 사용하며, 단일 심볼 데이터 밀도는 10에 달합니다.(2) 서브캐리어 데이터가 4배 증가했습니다.Wi-Fi uses multi-carrier technology. The number of sub-carriers in Wi-Fi 5 is 256. Wi-Fi 6 has increased by 4 times, and the number of sub-carriers has reached 1024. The increase of subcarriers has two benefits, one is to improve spectrum utilization, and the other is to improve transmission time utilization.서브캐리어는 크기가 다른 RU 그룹으로 묶여 각 STA에 RU 단위로 할당됩니다. OFDMA 기술을 사용하면 서로 다른 정보 데이터를 동일한 패킷에 담아 짧은 패킷으로 인한 스펙트럼 낭비를 방지할 수 있습니다. 또한 STA 간의 경쟁을 줄이고 지연 시간을 단축합니다.Wi-Fi 5 표준은 이미 다운링크 다중 사용자 동시 접속을 지원하며, Wi-Fi 6는 업링크 다중 사용자 동시 접속을 추가합니다. 이를 위해서는 채널 매트릭스 측정, 클록 관리, 전력 제어 등 여러 가지 요구 사항이 있습니다. MU-MIMO 기술과 OFDMA 기술 모두 다중 장치 전송 문제를 해결합니다. OFDMA 기술은 주파수 재사용을 통해, MU-MIMO 기술은 공간 다중화를 통해 이 문제를 해결합니다.BSS 컬러링 기술은 802.11ah 프로토콜을 기반으로 합니다. 예를 들어, 데이터 전송을 식당에서 식사하는 것에 비유할 수 있습니다. 각 테이블이 하나의 BSS입니다. Wi-Fi 5 환경에서는 식당에서 누군가 말하는 동안에는 대화할 수 없지만, Wi-Fi 6 환경에서는 같은 테이블에 앉은 사람이 말하지 않는 한 대화할 수 있습니다. 이 방식을 사용하면 최대 64개의 서로 다른 BSS가 공존할 수 있습니다.전력 소비를 줄이는 가장 효과적인 방법은 사용하지 않는 장치를 절전 모드로 전환하는 것입니다. Wi-Fi 6는 사물 인터넷(IoT) 애플리케이션에 적합하기 때문에 STA(Standard Application Device)가 안전하게 절전 모드로 전환되어 오프라인 상태를 유지하도록 설정되어 있습니다. AP(Acceptar Platform)와 STA는 웨이크업 주기를 협상하고 정기적으로 정보를 교환하여 AP의 브로드캐스트 주기를 늘리고 AP의 제어 기능을 향상시킵니다. 즉, Wi-Fi 6는 장치 관리 및 제어 기능을 개선하여 경쟁하는 장치 수를 줄이고 전력 소비를 절감합니다.(7) 2.4GHz 및 6GHz 주파수 대역을 지원합니다.주파수 자원 부족 문제를 해결하기 위해 Wi-Fi 6는 2.4GHz와 6GHz 주파수 대역을 지원합니다. 2.4GHz 대역은 전송 손실이 적고 연결이 안정적이기 때문에 추가되었습니다. 6G 주파수 대역은 Wi-Fi 6 전용 주파수 대역으로, 주파수 자원을 3배(채널 59/29/14/7 포함) 늘립니다. 6G 주파수 대역을 사용하는 기존 기기가 없으므로 호환성 문제가 발생하지 않아 시스템 효율성이 더욱 향상됩니다.Wi-Fi 6는 사물인터넷(IoT) 애플리케이션의 저전력, 저비용, 저속이라는 특수한 요구 사항을 충족하기 위해 20MHz 대역폭 전용 제품을 맞춤 제작했습니다. IoT Wi-Fi 6 단말기는 20MHz 대역폭만 지원하면 되므로 시스템이 간편하고 조명, 엔터테인먼트, 원격 제어, 웨어러블 기기, 헬스케어, 의료 등 다양한 애플리케이션에 적합합니다.The encryption security level of Wi-Fi 6 has been upgraded from WPA 2 to WPA 3, with an encryption word of 192b, which can resist "dictionary" attacks. To protect the security of data before it is cracked, the security level in company, home, and enterprise scenarios is higher than that of cellular networks.
이동통신망이 업그레이드될 때마다 누군가는 와이파이가 더 이상 필요 없다고 주장하곤 했습니다. 특히 4G LTE 시절에 이런 주장이 널리 퍼졌죠. 이제 이동통신망이 5G로 발전했는데, 과연 와이파이를 대체할까요? 저는 그럴 가능성은 낮다고 생각합니다. 먼저 와이파이 6와 5G의 기술적 비교를 살펴보겠습니다.5G와 비교했을 때, Wi-Fi 6는 용량과 지연 시간이 더 우수하고, 단위 면적당 커버리지 비용도 5G보다 저렴합니다. 5G 네트워크 계층화 덕분에 Wi-Fi 접근성이 향상되었고, 보안 강화로 데이터 관리 및 제어가 더욱 간편해졌으며, 데이터 보안의 신뢰성도 높아졌습니다. 또한, 장비와의 호환성을 통해 단계적인 네트워크 업그레이드가 가능합니다. 전 세계적으로 통일된 주파수 대역과 프로토콜 덕분에 Wi-Fi 6는 5G보다 보급이 더 용이합니다. 새롭게 추가된 6GHz 주파수 대역은 5G 밀리미터파의 경쟁력을 강화합니다. 사용자의 Wi-Fi 사용 습관은 기존 기술과의 공존을 촉진하며, 실내 정적 환경과 실외 동적 환경은 서로를 보완하고 발전시킵니다. 따라서 5G와 Wi-Fi는 앞으로도 지속적으로 공존할 것입니다.
Wi-Fi 6의 수많은 기술적 업그레이드는 칩 설계에 높은 요구 사항을 제시하며 큰 어려움을 야기합니다. 주요 과제는 수신기, 송신기, 기저대역 회로 및 클록 동기화 등 여러 부분에 걸쳐 있습니다. 기저대역 회로 분야에서는 업계가 12nm 및 14nm와 같은 고공정 기술을 사용하기 시작했습니다. 과거 Wi-Fi 시스템 클록에서는 클록 전송 전력 제어가 불가능했기 때문에 이를 설계하는 것이 매우 어려웠습니다.현재 많은 기업들이 Wi-Fi 6 칩을 설계했으며, 그중 대부분은 미국 기업입니다. 최초로 Wi-Fi 6 칩을 개발한 기업은 Quantenna로, 2016년에 출시했습니다. 현재 Quantenna는 ON Semiconductor에 인수되었습니다. Wi-Fi 6 표준은 2019년에 제정되었지만 2020년에야 업계에 도입될 예정입니다. 그렇다면 왜 이들 기업들이 표준 제정에 참여하는 제조사이기 때문에 표준이 업계 발전에 매우 중요하며, 우리는 표준 제정 과정에 너무 얽매여 있는 것 같습니다.
The rise of the Wi-Fi industry
와이파이 산업의 발전은 결코 순탄하지 않았습니다. 오늘날 와이파이 산업의 규모는 3조 3천억 달러에 달하며, 37.5억 개의 와이파이 칩이 사용되고 있습니다. 평균적으로 한 사람당 두 대의 와이파이 기술 기기를 보유하고 있습니다.애플리케이션 시장에서 라우터 및 게이트웨이 시장은 현재 500억 대에 육박하며 여전히 강력한 성장세를 보이고 있습니다. 연간 출하량이 200억 대를 넘는 제품으로는 TV, 스마트 스피커, 가전제품, 조명 및CCTV 등이 있습니다. 연간 출하량이 1억 대를 넘는 제품으로는 스마트워치와 스마트 스위치 등이 있습니다. 2017년 이후 Wi-Fi 칩 시장은 매년 100억 개씩 성장해 왔습니다.
Looking at the Wi-Fi 6 market alone, the market growth trend is obvious. First of all, the rapid development of 5G has driven the rapid conversion of Wi-Fi devices to Wi-Fi 6. Secondly, the national policy of “Double Gigabit Speed Boost” is good for the Wi-Fi 6 market. Third, the rapid increase in the density of IoT devices requires Wi-Fi 6 to improve user experience. Finally, it is expected that more than half of Wi-Fi devices will use Wi-Fi 6 in 2025.Wi-Fi 6 is a special opportunity for China’s semiconductor industry. Looking back at history, every time node of technological upgrading is a good time to enter the industry. The emergence of new applications is also a good time for innovation. AIOT and Industry 4.0 have brought new application markets. For China, we have a complete industrial chain. At the same time, national policies are vigorously promoting the safety of the industrial chain. There are many related benefits in terms of investment and policies. It is a good time for the development of the semiconductor industry.
마지막으로, 저희 회사의 브로드컴 도입 현황을 소개해 드리겠습니다.2005년에 설립된 브로드컴 인티그레이티드는 무선 전송 산업에 주력하는 기업으로, 2019년 A주 메인보드에 상장되었습니다. 브로드컴 인티그레이티드의 제품군은 크게 두 가지 방향으로 나뉩니다. 첫째, 스마트 홈 솔루션 분야로, 주로 블루투스 칩과 IoT 와이파이 칩을 생산합니다. 둘째, 스마트 고속 시리즈 칩 분야로, 국제 ETC 칩 공급업체로서 다양한 차량용 칩 제품을 제공합니다.제품 측면에서 브로드컴 인티그레이티드는 현재 두 가지 주력 제품을 보유하고 있습니다. 하나는 Wi-Fi/BT/FM 멀티모드 듀얼코어 스마트 오디오 프로세서 칩인 BK7271로, 마이크 어레이, 능동형 소음 감소, 인공지능 키워드 웨이크업 등 독자적인 기술을 포함한 풍부한 오디오 및 비디오 처리 기능을 갖추고 있습니다. 다른 하나는 Wi-Fi 6 프로토콜을 지원하고 대부분의 IoT 애플리케이션에 적합하며 Wi-Fi 6 얼라이언스의 인증을 받은 Wi-Fi 6 IoT MCU 칩인 BK7236입니다."I Say IC" 산업 살롱은 장장하이테크와 신모리서치가 공동으로 만든 정기적이고 혁신적인 개념 교류 플랫폼입니다. 앞으로 이 플랫폼은 산업 발전의 주요 이슈에 초점을 맞춘 정기적인 살롱을 개최하여 IC 산업의 지혜, 혁신 및 소통에 가장 영향력 있는 플랫폼을 구축하고자 합니다.
이 콘텐츠는 인터넷에서 가져온 것입니다./핵심 연구본 웹사이트는 단순히 재인쇄만 제공합니다. 이 글의 견해, 입장, 기술 등은 본 웹사이트와 아무런 관련이 없습니다. 저작권 침해가 있을 경우 삭제를 위해 저희에게 연락해 주시기 바랍니다.
